高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

■程先楊，李盛林 ■.身份證號碼:36043097703049;.身份證號碼:360403970700039

1 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

現(xiàn)代的高層建筑，其結(jié)構(gòu)形式具備復(fù)雜化、多樣化的特點(diǎn)，除了以往的基本的結(jié)構(gòu)形式，例如筒體結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)以及框架結(jié)構(gòu)等，還要根據(jù)不同的建筑功能需求，來增加另外的結(jié)構(gòu)，與此同時(shí)，這也導(dǎo)致在建筑過程中，節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接的形式變得更加復(fù)雜，連接不同的構(gòu)件，需要使用不同類型的節(jié)點(diǎn)，這關(guān)系到高層建筑的結(jié)構(gòu)是否安全穩(wěn)定。此外，在高層建筑加強(qiáng)基層載荷的時(shí)候，也給豎向結(jié)構(gòu)帶來了載荷，對于 柱體、墻體支撐能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的要求更高。進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要用到的知識較廣，需要考慮的因素比較多，屬于一種現(xiàn)代化的建筑設(shè)計(jì)的方式，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，除了需要表現(xiàn)設(shè)計(jì)自身的先進(jìn)性，體現(xiàn)建筑功能，還需要做好和經(jīng)濟(jì)性之間的協(xié)調(diào)工作。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

2.1 設(shè)計(jì)適合的結(jié)構(gòu)簡圖

對于高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，首先，需要選擇一個(gè)合理的科學(xué)的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，倘若選擇的計(jì)算簡圖自身不夠合理，那么就有可能出現(xiàn)未知的風(fēng)險(xiǎn)。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)適合的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖，是進(jìn)行設(shè)計(jì)的必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，還有，因?yàn)樵诮ㄖY(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，除了鋼節(jié)點(diǎn)以及交接點(diǎn)外，還存在另外的節(jié)點(diǎn)，因此，需要使用能夠和計(jì)算簡圖相互匹配的構(gòu)造方法，把其中之間的誤差控制于可以合理的范圍，只有這樣，才能夠確保建筑的安全性能。對于高層的建筑，進(jìn)行結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)，對于建筑物整體方案應(yīng)該做詳細(xì)地檢查，避免由于計(jì)算上的錯(cuò)誤或者方案的不適合，導(dǎo)致工程出現(xiàn)嚴(yán)重的事故。

2.2 選用合適的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要選擇一個(gè)合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，就是按照高層建筑周邊的具體情況，來選用合適的基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。這就需要對于高層建筑的自身荷載的分布情況、施工實(shí)際情況、 建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際類型等問題進(jìn)行一個(gè)系統(tǒng)性的科學(xué)的分析，然后把分析報(bào)告作為一個(gè)有效的依據(jù)，選擇出實(shí)際施工的設(shè)計(jì)方案。選擇基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)方案，應(yīng)該把現(xiàn)場的地質(zhì)勘查報(bào)告做為判斷標(biāo)準(zhǔn)，準(zhǔn)確的報(bào)告能夠最大程度上真實(shí)的反應(yīng)出地基的潛力，對于周邊地基進(jìn)行變形檢驗(yàn)的工作，也是不可缺少的。

2.3 對結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行合理的選擇

進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要對于結(jié)構(gòu)方案進(jìn)行一個(gè)選擇，要求實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案能夠符合建筑形式和建筑體系的實(shí)際要求，與此同時(shí)，還需要符合高層建筑自身對于經(jīng)濟(jì)性的要求。需要對施工情況、地理環(huán)境、 建材標(biāo)準(zhǔn)、 供水情況、 供暖情況以及供電情況等等的問題進(jìn)行較為系統(tǒng)性的分析研究，將各個(gè)方面進(jìn)行相互的協(xié)調(diào)，最終確定出最為合理的適合的設(shè)計(jì)方案。

2.4 準(zhǔn)確的分析計(jì)算結(jié)果

伴隨科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，已經(jīng)廣泛地利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，做各種類型的合算工作，由于使用計(jì)算軟件的不同，得出的數(shù)據(jù)也可能會不一樣，因此，有關(guān)人員在選用計(jì)算軟件的時(shí)候，需要很好地掌握軟件的使用方法以及具體操作，全面地了解其運(yùn)作，最終選擇一個(gè)最為理想的軟件。軟件可能出現(xiàn)漏洞或者是人工誤差導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤，造成計(jì)算結(jié)果產(chǎn)生誤差的情況。這就要求有關(guān)的設(shè)計(jì)人員在使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算，得到數(shù)據(jù)結(jié)果之后，還需要對于數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真的核對，最終才能夠得到正確的結(jié)果。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)防風(fēng)結(jié)構(gòu)

在高層建筑中，風(fēng)振作用有著十分大的影響，因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，如何解決抗風(fēng)問題，成為了十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。由于高度造成的影響，高層建筑對于風(fēng)會形成干擾和阻礙，隨后風(fēng)的動(dòng)力效應(yīng)會產(chǎn)生改變，帶來一個(gè)振動(dòng)的作用力，高層建筑自身動(dòng)力荷載會遭到破壞，風(fēng)壓有可能會損壞建筑自身的主體結(jié)構(gòu)，更有甚者，可能導(dǎo)致墻體出現(xiàn)裂縫、玻璃幕墻發(fā)生爆炸的情況。

3.2 設(shè)計(jì)高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方面，高層建筑還做的不夠到位，因此在發(fā)生地震的時(shí)候，會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，并且由于高層建筑其本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，有時(shí)在設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行的設(shè)計(jì)分析不夠全面完善，因此，在高層建筑進(jìn)行有關(guān)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其安全性與穩(wěn)固性有一定的缺失。

3.3 設(shè)計(jì)高層建筑的消防結(jié)構(gòu)

高層的建筑，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，因此在選用施工材料的施工，材料也具有一定的多樣性復(fù)雜性，然而在這些施工材料中，很多材料都是屬于易燃易爆的，這樣一旦發(fā)生火宅，將會變得難以控制。再加上在高層，建筑的空氣對流情況比較好，一旦火災(zāi)發(fā)生，可能出現(xiàn)借勢的現(xiàn)象，此時(shí)，倘若建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在消防方面沒有進(jìn)行充分的考慮，就會出現(xiàn)人員疏散困難、火宅救援難以順利進(jìn)行、 火勢不斷蔓延等一系列的問題。因此，做好消防結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，對高層建筑設(shè)計(jì)有著至關(guān)重要的作用。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 抗震設(shè)計(jì)問題

在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該要按照剛?cè)嵯嗷f(xié)調(diào)配合的原則，使建筑結(jié)構(gòu)擁有一定的延展性。與此同時(shí)，在抗震設(shè)計(jì)方面，應(yīng)該進(jìn)行多層防線進(jìn)行設(shè)防。當(dāng)?shù)谝坏赖姆谰€在抗側(cè)力構(gòu)件的強(qiáng)震作用下受到破壞的時(shí)候，后續(xù)的第二道以至第三道防線抗側(cè)力構(gòu)件可以馬上頂上，阻擋地震造成的沖擊，確保建筑物不會倒塌。經(jīng)過多次的震害調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，重力荷載過重，是結(jié)構(gòu)在受到地震作用的破壞后建筑出現(xiàn)倒塌的最為直接的原因。所以，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)之中，選用材料需要按照輕質(zhì)量高強(qiáng)度的原則。在材料擁有足夠的變形強(qiáng)度的同時(shí)，材料重量應(yīng)該盡可能的輕。在分合原則之中，應(yīng)該充分地發(fā)揮抗震縫的作用，科學(xué)地合理地設(shè)置抗震縫。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該優(yōu)先可靠的新產(chǎn)品和成熟的新技術(shù)，來提高設(shè)計(jì)的水平，有利于提高經(jīng)濟(jì)效益。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，使用結(jié)構(gòu)自身存在的抗震性能，來抵抗地震，屬于一種消極的被動(dòng)的抗震對策。倘若受到破壞，將會產(chǎn)生嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。所以，要加強(qiáng)對于結(jié)構(gòu)減震的控制，對結(jié)構(gòu)加裝控制裝置。通過控制裝置與結(jié)構(gòu)，來共同承受地震產(chǎn)生的作用，減輕建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的地震反應(yīng)。而基礎(chǔ)隔震就屬于一種很好的方法，它能夠通過設(shè)置隔震的系統(tǒng)裝置，形成較好的隔震層，延長建筑結(jié)構(gòu)的使用周期。使結(jié)構(gòu)長期處在彈性工作的狀態(tài)，避免建筑物產(chǎn)生破壞或者是倒塌的情況。耗能減震，是通過安裝耗能減震的裝置，有效的吸收或者消耗地震輸入的結(jié)構(gòu)能量，減輕主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的地震反應(yīng)。防止結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞或者倒塌，來達(dá)到控震減震的目的。

4.2 抗風(fēng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

在建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)上，需要使用配比度較高的砂石，來確保地基的密實(shí)程度，與此同時(shí)，還需要安裝抗拔錨桿，來提升建筑自身的抗拔強(qiáng)度。在進(jìn)行減振系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，需要利用樓板、剪力墻、耗能支撐等組成減振耗能系統(tǒng)，來降低風(fēng)荷載對于建筑可能造成的影響。對于水平力和風(fēng)荷載的問題，需要對于高風(fēng)壓區(qū)的建筑進(jìn)行加固工作。這是從水平荷載的內(nèi)力、水平的壓力等方面來進(jìn)行系統(tǒng)性的考慮，進(jìn)行高層建筑的加固。

5 結(jié)束語

現(xiàn)今，社會在不斷地發(fā)展，高層建筑形式變得更加多樣化，對于建筑的穩(wěn)定性、安全性以及載荷承受的能力，具體的要求也越來越高。在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候，還需要不斷地深入了解建筑結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中，對于受力分析理論依據(jù)進(jìn)行研究，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方案，與此同時(shí)，需要注重結(jié)構(gòu)實(shí)施的合理性和經(jīng)濟(jì)性，使得高層建筑結(jié)構(gòu)能夠得到更進(jìn)一步發(fā)展。

［1］胡衛(wèi)兵，何健高層建筑與高聳結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算及風(fēng)振控制［M］北京:中國建材工業(yè)出版社，2009(10).69－71.

［2］傅學(xué)怡、吳兵，高層建筑結(jié)構(gòu)若干重要問題探討［J］.建筑機(jī)構(gòu)－技術(shù)通訊，2012(05):124－127.